Взяв Хетафе, милиция совместно с военнослужащими ВВС отправилась на штурм казарм в мадридском пригороде Карабанчель, в которых находился другой главарь мятежников генерал Гарсиа дела Эрран. На этот раз в дело пошла захваченная артиллерия, и ее огонь прямой наводкой заставил солдат сдаться. Они убили де ла Эррана, который сам хотел расстрелять за непокорность некоторых военнослужащих.

А в это время казармы Ла-Монтанья уже были окружены плотным кольцом народа, хотя только немногие из собравшихся были вооружены. Генерал Фанхуль не располагал радиосвязью и телефоном, поэтому он подавал де ла Эррану световые сигналы с призывами о помощи, не зная, что их адресат уже мертв. Не было и никаких признаков подхода к городу с севера частей генерала Молы.

20 июля в 5 часов утра Фанхулю был передан ультиматум с требованием сложить оружие в течение часа. Генерал отказался и в атаку пошли бойцы милиции с одними карабинами наперевес. Их встретил плотный ружейно-пулеметный огонь и, оставив у стен казармы много убитых и раненых, волна атакующих откатилась назад. Тогда на подмогу прибыли два 75-мм и два 155-мм орудия. Чтобы создать у осажденных впечатление, что пушек больше, артиллеристы постоянно меняли позиции. За боем наблюдала толпа восторженных мадридцев, оживленно комментировавших ход сражения. Это был какой-то народный праздник: лилось рекой вино, раздавались раскаты смеха, сопровождавшие каждое удачное попадание. С крыш соседних с казармой домов солдат призывали сложить оружие, так как их воинские части формально уже были распущены декретом правительства.

В 9 часов утра мятежникам был направлен еще один ультиматум, который был передан парламентером вышедшему ему навстречу полковнику. На это раз путчистам давалось 20 минут, после чего предполагалось начать бомбардировку казарм с воздуха. Полковник ответил, что жребий уже брошен и пути назад нет. На Ла-Монтанью было сброшено несколько бомб малого калибра. Это сломило дух осажденных, среди которых начались распри. Те военнослужащие, что были за капитуляцию, вывесили белые флаги. Но сдаваться хотели не все 1364 человека из Ла-Монтаньи и когда народная милиция, увидев белые флаги, попыталась приблизиться к казарме, ее встретили выстрелами. Решив, что путчисты устроили хладнокровную бойню, разъяренные милиционеры снова вызвали авиацию. Затем через пробитые в фасаде казармы бреши внутрь ворвались верные республике гражданские гвардейцы и рабочие. Многие солдаты и офицеры были убиты на месте. Едва не линчевали и раненого осколком Фанхуля. В 12 часов дня над Ла-Монтаньей развивался трехцветный республиканский флаг.

После событий в центре Мадрида два пехотных полка — 6-й и «Вад-Рас» (названный так в честь марокканского местечка, где испанцы в 1860 году одержали победу над местными жителями) капитулировали, так и не начав мятежа. Только полк связи в Эль-Пардо, заявив, что идет бороться против войск Молы, покинул город и действительно добрался до «Директора», встав на его сторону. В качестве живого щита мятежники-связисты увели с собой сына Ларго Кабальеро.

Сформированные после удачного штурма Ла-Монтаньи колонны милиции на реквизированном автотранспорте и без четкого плана действий рассыпались веером в разные стороны от Мадрида. По арагонскому (или как его еще называли французскому) шоссе милиционеры ворвались в город Гвадалахару (60 км северо-восточнее Мадрида), который уже был захвачен мятежниками. 23 июля после непродолжительного боя город снова стал республиканским и милиция, выдвинувшись дальше, дошла до границы Арагона.

Одновременно была освобождена древняя столица Испания Толедо (в 60 км юго-западнее столицы). Однако командующий мятежным гарнизоном полковник Москардо и 1300 человек (300 из них являлись заложниками, среди которых были женщины и дети) успели скрыться за стенами мощной средневековой крепости Толедо — Алькасара. У милиции не было артиллерии и она начала осаду Алькасара, надеясь взять Москардо измором.

В целом, первая битва за Мадрид показала, что при решимости партий Народного фронта и наличии хотя бы стрелкового вооружения мятежникам было практически невозможно захватить инициативу и одержать победу. Имея в столице довольно внушительные силы (8 тысяч военнослужащих и примерно столько же гражданских и штурмовых гвардейцев), путчисты так и не смогли толком развернуть боевые действия. Их поражение означало провал мятежа и начало гражданской войны. Но будет ли эта война затяжной, зависело от того, кто станет хозяином индустриальной Каталонии и ее сердца — Барселоны.

Мятежники не обманывались насчет явно враждебной реакции жителей города. Хотя они надеялись, что преобладавшие в Барселоне анархисты (членов НКТ в городе было 68 тысяч) не способны организовать четкое и планомерное сопротивление и быстро выдохнутся, если действовать жестко и быстро. Барселона была центром IV-го военного округа, и расквартированный в ней гарнизон был вторым по численности в Испании: три пехотных, три кавалерийских и три артполка. К тому же в городе были силы безопасности (три пехотных полка, три кавалерийских эскадрона, девять отдельных рот), 24 кавалерийских эскадрона гражданской гвардии и 6 рот корпуса карабинеров. Все войска были расквартированы непосредственно в Барселоне.

«Директор» назначил шефом заговора в Каталонии генерала Мануэля Годеда (1882–1936). За плечами у него была блестящая военная карьера в Марокко, где в 1926 году он стал генералом. Годед интриговал против диктатора Примо де Риверы и после провозглашения республики возглавил генеральный штаб. Но Асанья недолюбливал генерала, и через несколько месяцев его отстранили от должности. После победы на выборах Народного фронта Годеда отправили командовать войсками на Балеарские острова, что означало, по сути дела, почетную ссылку.

За несколько дней до начала мятежа активисты рабочих организаций начали патрулирование улиц Барселоны. 18 июля НКТ и ВСТ потребовали у председателя автономного правительства Компаниса раздать им оружие. Он отказался, но анархисты самовольно захватили оружие на судах, стоящих в порту. Это был тот случай, когда тактика «прямого действия» оказалась к месту и спасла Каталонию. Всего в руках у рабочих оказалось около 1000 винтовок.

Между тем Годед поднял мятеж на главном острове Балеар — Майорке — и легко захватил власть, хотя меньший остров Менорка остался верным республике. На рассвете 19 июля восставшие части 13-го и 14-го пехотных, 3-го и 4-го артиллерийских полков стали выходить из казарм в Барселоне. Была занята центральная телефонная станция и центральная площадь — площадь Каталонии. Но взять штурмом здание генералидада не удалось, так как части полиции, гражданской и штурмовой гвардии встали на сторону Компаниса. Анархисты стали из засад тревожить выдвинувшиеся войска смелыми атаками.

В 11 часов 19 июля Годед прибыл в Барселону с Майорки на гидросамолете и обосновался в штабе IV-го военного округа, где он арестовал его командующего генерала Льяно де Энкомьенду, отказавшегося нарушить присягу. Годед был уверен, что Барселона уже под контролем. Но весь день 19 июля в разных частях города шли ожесточенные бои, а когда гражданская гвардия раздала оружие рабочим, чаша весов стала склоняться на их сторону. У Французского вокзала неожиданной атакой была захвачена артиллерия. Среди попавших в плен офицеров, которые спешно срывали знаки различия, был опознан капитан Луис Лопес Варела — глава Испанского военного союза.